Erfahrungen bei der optimierenden Steuerung einer petrochemischen Synthese mit einem Prozeßrechner

Abstract

Die grofitechnische Synthese von Butyraldehyd und Butanol nach dem 0x0-Verfahren wird durch einen Prozefirechner RW 300 gesteuert. Schnelle Schwankungen der Eingangsvariablen und lange Verweilzeiten erfordern eine Feed-forward-Steuerung. Das Optimierungsziel ist der maximale Gewinn bei vorgegebener Produktionshohe. Durch eine Regressionsanalyse der Versuchsdaten wurden Gleichungssysteme erhalten, die mit den Sicherheitsbegrenzungen das mathematische Modell bilden. Die MeBinstrumente werden vom ProzeBrechner automatisch abgefragt, aus diesen Werten mit dem mathematischen Modell die optimalen Sollwerte errechnet und auf den ProzeB ubertragen. Wichtige Daten werden zur Dokumentation der Betriebsergebnisse ausgedruckf. Spezielle Versuchsreihen ermoglichten es, Wirtschaftiichkeitsbetrochtungen anzustellen, deren Ergebnisse die Steigerung der Wirtschaftlichkeit bestatigten. Problemstellung und Optimierungrziel Im Jahre 1959 entschloR sich die Werksleitung der BASF, ein elektronisches Rechengerat zur Steuerung eines chemischen Verfahrens zu erproben. Diese Arbeitsrichtung war in den USA, gefordert durch die Entwicklung kleiner, leistungsfahiger und vor allem sehr zuverlassiger Digitalrechner, in gemeinsamer Arbeit von Rechnerfirmen und Che'mieunternehmen entwickelt worden. Als Studienobjekt wurde bei uns die 0x0-Synthese ausgewahlt. Diese Reaktion weist alle Merkmale auf, die fur eine sinnvolle Erprobung eines ProzeDrechners wesentlich sind. Abb. 1 zeigt ein Blockschema des Verfahrens. Propylen, Kohlenoxyd und Wasserstoff werden bei 300 atii und 140 bis 18OoC mit Kobalt-Katalysator in parallel gesrfialteten Hochdruckreaktoren verschiedener GroDe umgesetzt. Die Reaktion verlauft nach den Gleichungen: Es entstehen nebeneinander die isomeren Butyraldehyde und Butanole sowie in geringer Menge ein komplexes Gemisch von Nebenprodukten, der sog. Ruckstand. Nach der Aufbereitung des Reaktionsgemisches durch Abtrennen des Katalysators, Entgasen und Filtrieren wird durch Destillation ein Teil der Aldehyde als Zwischenprodukte, gewonnen. Das verbleibende Aldehyd/Alkohol-Gemisch wird katalytisch hydriert und durch Destillation in normal-und isoButano1 sowie Ruckstand getrennt. Wir beschrankten uns zunachst darauf, nur die Synthese mit dem ProzeOrechner zu steuern. Das Propylen enthalt als Verunreinigung Propan und Schwefel, der meist als Kohlenoxysulfid vorliegt. Das 0x0-Gas, ein Gemisch aus Kohlenoxyd und Wasserstoff, enthalt als Verunreinigungen Kohlendioxyd, Schwefel und Stickstoff. Diese Verunreinigungen beeinflussen als Inerte oder Katalysatorgift die Reaktion. Die Schwankungsfrequenzen dieser Stor-groRen liegen zum Teil im Minutenbereich, zum Teil im Stundenbereich. Aus dem Synthesegemisch werden vier Reinprodukte, normal and iso-Butyraldehyd sowie normal-und iso-Buta-*) Vortrag bei der Dechema-Jahrestagung 1963, am 25. April 1963 in Frankfurt a. M. no1 mit jeweils verschiedenem Marktpreis und Bedarf, sowie ein praktisrh wertloser Ruckstand gewonnen. Die Eingangsvariablen beeinflussen die einzelnen Komponenten des Synthesepro...

Anwendung von Rechnern ¡n der Chemischen Technik

“…Die Erfahrungen in der Oxo-Synthese der BASF, über die schon mehrfach berichtet wurde [28], [44], sind nach wie vor, sowohl was das wirtschaftliche Ergebnis als auch die Zuverlässigkeit der installierten Einrichtungen betrifft, gut. Eine weitere Anwendung hängt ebenso wie bei der digitalen Datenverarbeitung mit der Ausbreitung der direkten digitalen Regelung (DDC) zusammen, da diese mit der Optimierungsaufgabe gerätetechnisch kombiniert werden kann.…”